一种用于高含沙量渠道的逆升式自动控制水闸

本实用新型涉及一种水闸，特别涉及一种用于高含沙量渠道的逆升式自动控制水闸。

背景技术：

水闸是重要的水利基础设施，对航运、灌溉、供水、防洪和水力发电等方面具有不可替代的作用。目前我国中西部地区自然植被少，森林覆盖面积小，水土流失严重，河流中的含沙量高，常常会因为泥沙的沉积产生较大的阻力矩对河流水渠中水闸的开启造成困难，严重时甚至造成闸门无法正常开启，从而会产生影响工农业正常取水、输水灌溉、防洪排涝、通航等亟待重视的问题。另外，我国众多的小型水闸，基本分布在农村、山区等偏远地带，为了满足水闸的启闭往往需要在偏远地带架设电网，这就需要采用人工操作和专人值守的方式来对水闸实施运行管理，这样既费工费时导致工作效率低下，又容易引发安全事故。

为了解决水闸的平稳开启和供电难的问题，专利cn205530157u公开了一种含鱼道的自动控制水闸，利用太阳能和风能提供动力、通过水位监测仪和单片机控制闸门自动翻转。专利cn207525717u公开了一种具备拦污功能的自动翻转水闸，通过太阳能和风能提供能源，并采用单片机技术实现污淤泥的及时倾倒和闸门自动翻转。

上述专利虽然提供了一种能自动启闭的水闸，但是均为直升式水闸，当水闸上提开启时，闸门前后水压力差较大容易因为力矩不平衡而会出现闸门来回震荡、拍打现象，而且大量的水面配套建筑影响了航运通行空间；同时，汛期期间河流含有大量的泥沙往往会淤积在闸门底部导致闸门无法正常开启，引起安全事故；容易出现恶劣天气或阴雨天气；此外，这些水闸一般分布在偏远地区，现场无人值守，在恶劣天气或阴雨天气条件下，仅靠采用太阳能和风能发电，无法满足用电需求，一旦出现故障，其故障信息不能快速收集、传递给监管者，容易引发二次事故。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了解决现有技术存在的不足，提供一种自动清理闸门底部淤积的泥沙，通过风光互补供能的适用于高含沙量渠道的逆升式自动控制水闸。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：一种用于高含沙量渠道的逆升式自动控制水闸由排沙系统、供电系统和控制系统组成。所述排沙系统为自动清理闸门门叶(8)两侧底部淤积泥沙的装置，包括闸门门叶(8)、传动底座(9)、排沙板(11)、栅条(23)、滑块(10)、滑槽(12)、滑杆(13)、弹簧(14)、基座(16)等。所述闸门门叶(8)为矩形，坐落在传动底座(9)上，其底部宽度与传动底座(9)宽度相适应，其表层涂装防腐防酸膜，以延长使用寿命。所述传动底座(9)为矩形，其表层涂装防腐防酸膜，位于两滑槽(12)之间，两端与滑块(10)相连，下底面与液压启闭机连接，上底面坐落有排沙板(11)和闸门门叶(8)，用于控制排沙板(11)和闸门门叶(8)的上升和下降。

所述排沙板(11)采用不锈钢材质制成，形状为斜坡状，截面为直角梯形，斜坡面与水平方向夹角呈37o，其长底边与闸门门叶(8)连接且对称分布在闸门门叶(8)底部左右两侧，坐落在传动底座(9)上。当传动底座(9)上升时，排沙板(11)也随着上升，此时排沙板(11)的斜坡面将淤积在闸门门叶(8)底部的落沙带起，落沙在斜坡面上通过重力的作用下自行滑落出闸门门叶(8)底部。同时排沙板(11)因斜坡面和对称分布对闸门门叶(8)起到加强筋的作用，防止闸门门叶(8)左右因水压力差大，产生力矩不平衡容易引起闸门翘曲、变形和来回震荡的现象。

所述栅条(23)采用不锈钢材质制成，形状为等边三棱柱状，分别沿斜坡方向等距设置在排沙板(11)斜坡面上，用于防止淤积泥沙粘结成大块，便于淤积泥沙更好的从闸门门叶(8)底部排出。

所述滑槽(12)采用不锈钢材质制成，沿闸门门叶(8)两侧左右对称布置，与基座(16)相连，便于滑块(10)上下滑动。

所述滑杆(13)采用不锈钢材质制成，形状为棒状，固定安装在滑槽(12)内，用于滑块(10)滑动

所述滑块(10)采用不锈钢材质制成，其滑块(10)上开有一个通孔(24)，焊接在传动底座(9)左右两侧，滑块(10)的通孔(24)套装在滑杆(13)上，便于滑块(10)上下滑动，用于传动底座(9)的上升和下降。

所述弹簧(14)采用合金弹簧(14)钢制成，其规格选型与闸门门叶(8)和传动底座(9)的重量相适应，弹簧(14)分别套设在左右两根滑杆(13)上，弹簧(14)的底端焊接在滑槽(12)的底部内壁，弹簧(14)的上端焊接在滑块(10)的底面上。在弹簧(14)弹力作用下被滑块(10)带动的传动底座(9)和闸门门叶(8)在上升或下降时更平稳；另外在弹簧(14)的反作用力下，可以避免因闸门门叶(8)左右两侧传动底座(9)上淤积落沙的重量不一样，使得传动底座(9)发生倾斜，容易导致滑块(10)卡在滑杆(13)上无法滑动，造成闸门门叶(8)无法正常开启和闭合。

所述基座(16)采用钢筋混凝土制成，形状为斜坡状，其斜坡面与水平方向夹角呈30o，沿闸门门叶(8)两侧左右对称布置，用于固定滑槽(12)，同时便于将排沙板(11)带出落沙在基座(16)的斜坡面上自行滑落到远离闸门门叶(8)的河床底部。

所述滑槽(12)的内壁和滑杆(13)上安装有密封涂层，滑块(10)通过密封涂层与滑槽(12)和滑杆(13)进行滑动密封配合。

所述供电系统为本装置提供电能，包括磁能发电装置(1)、风能发电装置(2)、太阳能发电装置(3)、充电保护电路(4)、交直流电源转换器(5)、蓄电池组(6)；蓄电池组(6)通过交直流电源转换器(5)和充电保护电路(4)分别连接磁能发电装置(1)、风能发电装置(2)和太阳能发电装置(3)。

所述磁能发电装置主要用于汛期增发电能，为闸门启闭提供充足电能，包括磁铁、线圈、转子、手柄等部分，磁能发电装置(1)与蓄电池组(6)串联，并与充电保护电路(4)和交直流电源转换器(5)相连，所发电量储存于蓄电池组中。

所述风能发电装置利用现有技术，主要包括风轮、发电机、尾翼和支座等部分，所述风能发电装置(2)与蓄电池组(6)串联，并与充电保护电路(4)和交直流电源转换器(5)相连，所发电量储存于蓄电池组中。

所述太阳能发电装置包括外覆聚酯膜、内衬铜铟镓硒膜、太阳能控制器、微型逆变器、二维自动旋转台和支座，太阳能发电装置(3)与蓄电池组(6)串联，并与充电保护电路(4)和交直流电源转换器(5)相连，所发电量储存于蓄电池组中。所述外覆聚酯膜为一种防水性能强的膜；所述内衬铜铟镓硒膜能高效吸收太阳光，储存太阳能。

所述控制系统为实现自动控制闸门的开启和关闭，包括液压启闭机(15)、通信线路(17)、闸前水位监测仪(18)、闸后水位监测仪(19)、单片机(7)、警报器(22)、警报器开关(20)和无线信号发射器(21)，以及远程后台信息采集接收中心。

所述液压启闭机(15)通过通信线路(17)与单片机(7)和蓄电池组(6)连接，用于控制闸门门叶(8)的上升和下降。

所述水位监测仪包括闸前水位监测仪(18)和闸后水位监测仪(19)；闸前水位监测仪(18)安装闸门上游，用于监测闸门上游水位；闸后水位监测仪(19)安装闸门下游，用于监测闸门下游水位；闸前水位监测仪(18)和闸后水位监测仪(19)分别通过通信线路(17)与单片机(7)连接；

所述单片机(7)为stc单片机或atmel单片机。

所述警报器开关(20)通过充电保护电路与警报器(22)连接，用于控制警报器(19)的开启或关闭。

所述无线信号发射器(21)采用rfid无线射频技术。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

1、本实用新型装置结构简单；利用排沙系统代替人工操作自动清理闸门底部淤积的泥沙，实现闸门在高含沙量渠道中开启的安全和平稳。本实用新型通过闸门门叶(8)、传动底座(9)、排沙板(11)、栅条(23)、滑块(10)、滑槽(12)、滑杆(13)、弹簧(14)、基座(16)相互配合，当传动底座(9)带着排沙板(11)上升时，淤积在闸门门叶(8)底部两侧的泥沙通过斜坡面，利用重力的作用自行被带起从闸门门叶(8)底部排出。另外滑块(10)在滑杆(13)上下滑动时通过传动底座(9)带动闸门门叶(8)上升和下降，滑块(10)在弹簧(14)的弹力作用下，使得闸门开启和闭合更平稳、开合的安全系数高。

2、本实用新型装置自动控制、智能高效、节能环保、便于通航。本装置采用监测系统采用实时监测，并由单片机自动控制，不需要人工看管，特别适于供电难、监管难度大的偏远地区。本装置充分利用太阳能，风能和电磁能发电，不需要消耗传统的化石能源，清洁环保，节能减排。本水闸为逆升式起降，节省水面空间，利于通航。

附图说明

图1为本实用新型的供电系统的结构示意图；

图2为本实用新型的控制系统和排沙系统的结构示意图；

图3为本实用新型的排沙板的结构示意图；

图4为本实用新型的滑槽的结构示意图；

图5为本实用新型的滑块的正视图；

图中：1—磁能发电装置、2—风能发电装置、3—太阳能发电装置、4—充电保护电路、5—交直流电源转换器、6—蓄电池组、7—单片机、8—闸门门叶、9—传动底座、10—滑块、11—排沙板、12—滑槽、13—滑杆、14—弹簧、15—液压启闭机、16—基座、17—通信线路、18—闸前水位监测仪、19—闸后水位监测仪、20—警报器开关、21—无线信号发射器、22—警报器、23—栅条、24—通孔、a处表示安全水位线、b处表示需求水位线。

具体实施方式

下面通过实施例,并结合附图,对本实用新型的技术方案作进一步具的说明。

本实用新型提供一种自动清理泥沙，风光互补供能的逆升式自动控制水闸由排沙系统、供电系统和控制系统组成。

如图1所示，所述供电系统包括磁能发电装置1、风能发电装置2、太阳能发电装置3、充电保护电路4、交直流电源转换器5和蓄电池6组成。所述磁能发电装置1与蓄电池组6串联，通过充电保护电路4和交直流电源转换器5相连接，所发电量储存于蓄电池组6中。所述磁能发电装置1可以通过人工手动使转子转动，切割磁感线，产生电能，储存在蓄电池组6中。本实用新型在供电系统中添加磁能发电装置1，对于一些紧急情况,如冰雹天气、极端气候等情形,太阳能和风能无法供给水闸需要的电能时,提供一种应急电源。所述的风能发电装置2与蓄电池组6串联，通过充电保护电路4和交直流电源转换器5相连接，所发电量储存于蓄电池组6中。所述太阳能发电装置3与蓄电池组6串联，通过充电保护电路4和交直流电源转换器5相连接，所发电量储存于蓄电池组6中。所述太阳能发电装置3包括外覆聚酯膜、内衬铜铟镓硒膜、太阳能控制器、微型逆变器、二维自动旋转台和支座，聚酯膜是一种防水性能强的膜，铜铟镓硒膜具有成本低廉、质地柔韧、易于布设、光电转化效率高等特点,特别适用于在野外替代传统的太阳能电池板。所述的蓄电池组6通过供电线路与整个系统中的电子器件连接供电。

如图2所示，所述排沙系统包括闸门门叶8、传动底座9、排沙板11、栅条23、滑块10、滑槽12、滑杆13、弹簧14、基座16。所述闸门门叶8为矩形，放置在传动底座9上，其底部宽度与传动底座9宽度相适应，采用逆升式自下而上的启闭模式。所述传动底座9为矩形，位于两滑槽12之间，两端与滑块10相连，下底面与液压启闭机15连接，上底面坐落有排沙板11和闸门门叶8，用于控制排沙板11和闸门门叶8的上升和下降。所述排沙板11分布在闸门门叶8底部左右两侧，坐落在传动底座9上，当传动底座9上升时，排沙板11也随着上升，排沙板11将闸门门叶8底部淤积的落沙排出，另外排沙板11对闸门门叶8起到加强筋的作用，防止闸门门叶翘曲、变形和来回震荡。所述滑槽12沿闸门门叶8两侧左右对称布置，与基座16相连。所述滑杆13固定安装在滑槽12内，用于滑块10滑动，滑槽12和和滑块10的结构如图4和图5所示。所述滑块10焊接在传动底座9左右两侧，滑块10上开有一个通孔24套装在滑杆13上，滑块10在滑杆13上可以上下滑动，用于传动底座9的上升和下降。所述弹簧14套设在滑杆13上，弹簧14的底端焊接在滑槽12的底部内壁，弹簧14的上端焊接在滑块10的底面上，在弹簧14弹力作用下滑块10带动的传动底座9上升或下降时更平稳，保证了排沙板11在排沙过程中闸门门叶8安全的开启和闭合。所述基座16沿闸门门叶8两侧左右对称布置，用于固定滑槽12，同时将排沙板11带出落沙在基座16的斜坡面上自行滑落到远离闸门门叶8的底部。

所述控制系统包括液压启闭机15、通信线路17、闸前水位监测仪18、闸后水位监测仪19、单片机7、警报器22、警报器开关20和无线信号发射器21，以及远程后台信息采集接收中心。当闸前水位监测仪13或闸后水位监测仪14监测到渠道发生洪涝或旱灾时,将信号传递给单片机7，由单片机7控制警报器开关20开启,从而使警报器19响起,单片机7同时控制无线信号发射器21,将灾情信息传递给后台信息集中接收中心，信息经确认后接收中心将指令通过无线信号发射器21发给单片机7，由单片机7控制蓄电池组6给液压启闭机15供断电，用于排沙板11和闸门门叶8的上升和下降。所述液压启闭机15通过通信线路17与单片机7和蓄电池组6连接，用于控制排沙板11和闸门门叶8的上升和下降。所述水位监测仪包括闸前水位监测仪18和闸后水位监测仪19；闸前水位监测仪18安装闸门上游，用于监测闸门上游水位；闸后水位监测仪19安装闸门下游，用于监测闸门下游水位；闸前水位监测仪18和闸后水位监测仪19分别通过通信线路17与单片机7连接。所述警报器开关20通过充电保护电路与警报器22连接，用于控制警报器19的开启或关闭。所述单片机7为stc单片机或atmel单片机。所述无线信号发射器21采用无线射频技术,即rfid技术。rfid又称电子标签、无线射频识别,一种非接触式的白动识别技术,可通过无线电讯号识别日标水质并读写相关数据,无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触,识别工作无需人工干预,可工作于各种恶劣环境,操作快捷方便。

如图3所示，所述排沙板11形状为斜坡状，截面为直角梯形，斜坡面与水平方向夹角呈37°。所述栅条23形状为等边三棱柱状，分别沿斜坡方向等距设置在排沙板11斜坡面上，用于防止淤积泥沙粘结成大块，便于淤积泥沙更好的从闸门门叶8底部排出。

本实用新型中自动清理泥沙，风光互补供能的逆升式自动控制水闸在工作时,采用太阳能、风能和电磁能(在极端天气条件下启动，与太阳能和风能起到互补作用)通过蓄电池组6为液压启闭机15提供电能控制闸门门叶8的上升和下降,通过闸前水位监测仪18和闸后水位监测仪19实时监测闸门上、下游的水位信息,并传输给单片机7,由单片机7分析数据信息判断蓄电池组6给液压启闭机15供断电，用控制于排沙板11和闸门门叶8的上升和下降。当闸前水位监测仪18和闸后水位监测仪19监测到渠道发生洪涝灾害或下游超出安全水位时将信号传递给单片机7,由单片机7控制警报器开关20开启,从而使警报器22响起,单片机7同时控制无线信号发射器21,将灾情信息传递后台信息集中接收中心，信息经确认后接收中心将指令通过无线信号发射器21发给单片机7，由单片机7控制蓄电池组6给液压启闭机15供电，伸出液压杆推动传动底座9上升，此时排沙板11也随着上升，排沙板11的斜坡面将淤积在闸门门叶8底部的落沙被带起，当传动底座9到达基座16顶部时被带出的落沙在排沙板11和基座16的斜坡面上通过重力的作用自行滑落到远离闸门门叶8的河床底部。同时排沙板11对闸门门叶8起到加强筋的作用，防止在洪水期间闸门门叶8出现翘曲、变形和来回震荡的现象。当闸前水位监测仪18和闸后水位监测仪19监测到渠道上游没有洪水或下游低于需求水位之间时由单片机7控制蓄电池组6给液压启闭机15供电，收缩液压杆使传动底座9下降，闸门门叶8也随着下降，此时传动底座9上的滑块10在滑杆13上向下滑动，套在滑杆13上的弹簧14被压缩，在弹簧14反作用力下滑块10带动的传动底座9下降更平稳，保证了闸门门叶8随传动底座9下降更平稳，可以将下游水位调节在安全水位与需求水位之间。

本实用新型可以不经由人工控制，随水位变化自动控制水闸启闭，结构简单，无需外加动力，节约能源；通过排沙系统，使得闸门的开启更加平稳；有效解决传统自动闸门拍打和震荡问题，有效提高水闸的安全系数，特别适于供电难、监管难度大的偏远地区。

本实用新型的保护范围并不限于上述的实施例，本领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。